ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H02K37/00 H02K7/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромеханических устройствах с дискретным вращением выходного вала, которые находят широкое применение в автоматических устройствах и системах.

Известен шаговый электродвигатель [1] содержащий основание с установленным на нем электромагнитом, подвижный якорь которого соединен с основанием с помощью упругой системы, храповое колесо, установленное на выходном валу, и собачки прямого и обратного хода, расположенные по отношению к храповому колесу диаметрально противоположно, однако такой двигатель не может развивать высокую мощность и имеет низкий КПД (из-за больших потоков рассеяния).

Известен также шаговый электродвигатель [2] содержащий полый ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных зубьев и немагнитных участков, и статор, состоящий из разделенных немагнитными участками ферромагнитных секций с обмотками и полюсами, расположенными снаружи ротора. Недостатками этой конструкции являются громоздкость и сложность сигнала управления. Кроме того, известен шаговый электродвигатель [3] содержащий два фиксирующих электромагнита, снабженных якорями, один из которых жестко соединен с двумя промежуточными дисками с установленными на них рабочими электромагнитами, а другой жестко соединен с перемещаемым элементом в виде вала и двумя дополнительными дисками, на которых закреплены якоря рабочих электромагнитов, расположенные на радиусах дисков и которые размещены между промежуточными дисками, при этом якоря фиксирующих электромагнитов установлены подвижно в осевом направлении и вокруг оси двигателя. Недостатком конструкции является невысокая мощность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является шаговый электродвигатель [4] содержащий электромагнит с якорем, якорь и ярмо электромагнита выполнены в виде многополюсных соосных элементов, образующих магнитную цепь, разделенную рабочими воздушными зазорами и охватывающую обмотку электромагнита, при этом рабочие воздушные зазоры равномерно распределены по окружности с центром, совпадающим с общей для ярма, якоря и обмоткой осью, а ярмо электромагнита установлено в корпусе, якорь связан с ярмом упругой связью и закреплены на валу с собачкой храпового механизма на конце, колесо храпового механизма закреплено на конце второго вала, оба вала установлены в подшипниках с возможностью поворота относительно друг друга.

Однако есть обстоятельства, препятствующие достижению желаемого результата, а именно: невысокая мощность электродвигателя, громоздкость конструкции. Задачей, на решение которой напралено изобретение, является увеличение мощности, упрощение конструкции, упрощение сигнала управления за счет изменения геометрической формы ярма электромагнита и якоря и тем самым увеличение суммарной площади сечения полюсов, соосного расположения обработки, ярма и якоря таким образом, что обмотка оказывается охваченной магнитной цепью, образованной ярмом и якорем, и применения двух храповиков. Задача решается тем, что в шаговом электродвигателе, содержащем электромагнит с якорем, якорь и ярмо электромагнита выполнены в виде многополюсных соосных элементов, образующих магнитную цепь, разделенную рабочими воздушными зазорами и охватывающую обмотку электромагнита, при этом рабочие воздушные зазоры равномерно распределены по окружности с центром, совпадающим с общей для ярма, якоря и обмотки осью, а ярмо электромагнита установлено в корпусе, якорь связан с ярмом упругой связью и закреплен на валу с собачкой храпового механизма на конце, колесо храпового механизма закреплено на конце второго вала, оба вала установлены в подшипниках с возможностью поворота относительно друг друга, в отличие от ближайшего аналога первый вал выполнен на конце с крестовиной, на которой закреплена его собачка, второй вал закреплен вторым, закрепленным на нем храповым колесом, собачки которого закреплены на корпусе, валы состыкованы торцами посредством ролика, а якорь и ярмо электромагнита выполнены с прокладками из немагнитного материала.

На фиг.1 изображен описываемый двигатель, продольный разрез; на фиг.2 - вид сбоку с сечением. Шаговый электродвигатель содержит ярмо электромагнита 1, установленное в корпусе, на внутренних полюсах ярма, на втулке 2 установлена обмотка 3, якорь 4, закрепленный на валу 5, одним концом упирающемся в стержень 6 из немагнитного материала, между валом и стержнем в углублении в центре их торцов установлен шарик 7, а на конце вала закреплена крестовина 8, на которой установлены собачки храповика 9, а соответствующее им храповое колесо 10 закреплено на конце другого вала 11, снабженного вторым жестко закрепленным храповым колесом 12, собачки 13 которого крепятся к корпусу, а валы состыкованы торцами, удерживаются от относительного радиального смещения роликом 14 и закреплены в подшипниках 15, 16 и 17, при этом ярмо и якорь механически связаны пружинами 18 и снабжены прокладками 19 из немагнитного материала, толщина которых значительно больше величины рабочего воздушного зазора.

Шаговый электродвигатель работает следующим образом. При подаче напряжения на обмотку электромагнита 3 между полюсами ярма электромагнита 1 и якоря 4 возникают электромагнитные силы. Под действием этих сил якорь 4, вал 5 и соединенный с ним храповым механизмом, состоящим из крестовины 8, собачек храповика 9 и храпового колеса 10, вал 11 поворачивается на угол, соответствующий одному шагу. При этом собачки храповика 13 перескакивают на один зубец храпового колеса 12 и фиксируют в таком положении вал 11, рабочий воздушный зазор сокращается, пружины 17 растягиваются.

При снятии напряжения с обмотки электромагнита 3 электромагнитные силы между полюсами ярма электромагнита 1 и якоря 4 исчезают, пружины 17 сокращаются, якорь 4, вал 5 и крестовина 8 с собачками храповика 9 проворачиваются до упора, обеспечивающего прокладками 18. При этом собачки храповика 9 перескакивают на один зубец храпового колеса 10 и фиксируют вал 5 относительно вала 11 в таком угловом положении, восстанавливается рабочий воздушный зазор, величина которого значительно меньше толщины прокладок 19 из немагнитного материала.

Таким образом, шаговый двигатель устанавливается в исходное состояние, после чего цикл повторяется.

Итак, заявляемый шаговый двигатель позволяет: увеличить мощность; упростить конструкцию; упростить сигнал управления.

Использование: в электромеханических устройствах с дискретным вращением выходного вала в автоматических устройствах и системах. Сущность изобретения: якорь 4 и ярмо электромагнита 1 выполнены в виде многополюсных, соосных, геометрически идентичных элементов, образующих магнитную цепь, разделенную рабочими воздушными зазорами и охватывающую обмотку электромагнита 3. Рабочие воздушные зазоры равномерно распределены по окружности с центром, совпадающим с общей дня ярма 1, якоря 4 и обмотки 3 осью. Ярмо электромагнита 1 установлено в корпусе. Якорь 4 закреплен на валу 5, на конце которого на закрепленной крестовине 8 установлены собачки храповика 9. Соответствующее им храповое колесо 10 закреплено на конце другого вала 11. На валу 11 закреплено второе храповое колесо 12. Его собачки крепятся к корпусу. Валы состыкованы торцами посредством ролика 14, закреплены в подшипниках 15, 16 и 17 и могут проворачиваться один относительно другого. Ярмо электромагнита 1 и якорь 4 механически связаны пружинами. 2 ил.

Шаговый электродвигатель, содержащий электромагнит с якорем, якорь и ярмо электромагнита выполнены в виде многополюсных соосных элементов, образующих магнитную цепь, разделенную рабочими воздушными зазорами и охватывающую обмотку электромагнита, при этом рабочие воздушные зазоры равномерно распределены по окружности с центром, совпадающим с общей для ярма, якоря и обмотки осью, а ярмо электромагнита установлено в корпусе, якорь связан с ярмом упругой связью и закреплен на валу с собачкой храпового механизма на конце, колесо храпового механизма закреплено на конце второго вала, оба вала установлены в подшипниках с возможностью поворота относительно друг друга, отличающийся тем, что первый вал выполнен на конце с крестовиной, на которой закреплена его собачка, второй вал снабжен вторым закрепленным на нем храповым колесом, собачки которого закреплены на корпусе, валы состыкованы торцами посредством ролика, а якорь и ярмо электромагнита выполнены с прокладками из немагнитного материала.